專利名稱：微粒子發(fā)生裝置、鑄造裝置及鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將加熱后的氣體供給到粉末狀或長尺寸形狀的金屬產(chǎn)生金屬微粒子的微粒子發(fā)生裝置、鑄造裝置及鑄造方法。
背景技術(shù)：
例如，通過將鋁或鋁合金(以下簡稱鋁)液澆注到鑄造成形用金屬模內(nèi)的型腔從而鑄造各種鋁部件的作業(yè)廣泛得到實施。
可是，在鋁部件的鑄造工序中，容易在澆注到型腔的鋁液(熔融的鋁)表面生成氧化膜。為此，鋁液的表面張力增大，上述鋁液的流動性等下降，存在產(chǎn)生各種鑄造缺陷的問題。
因此，例如已知有公開于日本特開2001-321916號公報、特開2001-321919號公報、及特開2001-321920號公報的技術(shù)。具體地說，如

圖10所示那樣，在金屬模1設(shè)置成形用型腔1a，同時，在該型腔1a通過孔部4自由澆注儲存于澆注槽2的鋁液3。金屬模1內(nèi)的型腔1a通過配管5a連接到氮氣瓶6，通過減壓配管5b連接到圖中未示出的真空發(fā)生裝置(參照日本特開2001-321919號公報)。
氬氣瓶7通過配管8連接到加熱爐(金屬氣體發(fā)生裝置)9。氬氣瓶7通過配管10連接到使用鎂粉的槽11，該槽11通過配管12連接到配管8。
加熱爐9可通過加熱器13將爐內(nèi)溫度加熱到預定溫度地構(gòu)成，該加熱爐9通過配管14和管15連通到型腔1a。在加熱爐9內(nèi)設(shè)置限制鎂粉直接以粉末狀態(tài)送出到配管14的圖中未示出的限制裝置。
在這樣的構(gòu)成中，首先，從氮氣瓶6通過配管5將氮氣注入到金屬模1的型腔1a，由上述氮氣對該型腔1a內(nèi)的空氣進行清洗。為此，型腔1a內(nèi)實質(zhì)上成為非氧化氣氛。另一方面，從氬氣瓶7通過配管8將氬氣注入到加熱爐9內(nèi)。因此，該加熱爐9內(nèi)成為無氧化狀態(tài)。
然后，從氬氣瓶7通過配管10將氬氣供給到槽11內(nèi)，從配管8將該槽11內(nèi)的鎂粉送入到加熱爐9內(nèi)。此時，在加熱爐9中，由加熱器13將爐內(nèi)的溫度加熱到鎂粉升華的溫度以上。這樣，送入到加熱爐9的鎂粉升華，成為鎂氣，該鎂氣從配管14通過管15注入到型腔1a內(nèi)。另外，氮氣從氮氣瓶6注入到型腔1a。
為此，在型腔1a，鎂氣與氮氣反應，生成氮化鎂(Mg3N2)。該氮化鎂作為粉體析出于型腔1a的內(nèi)壁面。此時，如在真空發(fā)生裝置的作用下對型腔1a進行減壓，使氮化鎂積極地附著到上述型腔1a的內(nèi)壁面，則更理想。
因此，澆注槽2內(nèi)的鋁液3從孔部4澆注到型腔1a內(nèi)。氮化鎂為還原性物質(zhì)(活性物質(zhì))，鋁液3在型腔1a內(nèi)與該氮化鎂接觸，從而從上述鋁液3的表面的氧化膜除去氧。這樣，鋁液3的表面被還原成純粹的鋁。
然而，在上述已有技術(shù)中，具有設(shè)置了加熱器13的加熱爐9，裝置整體相當大。因此，鎂氣的反應所需要的熱量增大。而且，為了將在加熱爐9內(nèi)生成的鎂氣注入到型腔1a，需要較長的配管14。另外，在金屬模1連接配管5、14和管15等。這樣，金屬模1的更換時的更換工序多，作業(yè)復雜。另外，在加熱爐9內(nèi)，難以控制鎂粉的反應，例如反應結(jié)束后的物質(zhì)(鎂)堆積到上述加熱爐9內(nèi)。
另外，為了使型腔1a為非氧氣氛，使用真空發(fā)生裝置(圖中未示出)，裝置整體相當大型。而且，必須氣密地保持型腔1a，需要密封構(gòu)造，所以，構(gòu)成復雜。
另一方面，在日本特開2001-321918號公報公開了一種鋁鑄造方法。實施該鋁鑄造方法的裝置如圖11所示那樣具有金屬模1，該金屬模1設(shè)置有型腔1a。在型腔1a，可通過孔部4a自由澆注儲存于澆注槽2a的鋁液3a。金屬模1通過配管5連接于氮氣瓶6a，另一方面，氬氣瓶7a通過配管8a連接于加熱爐9a。
在氬氣瓶7a通過配管10a連接收容鎂粉的槽16。該槽16通過配管17連接于定量收容部18，同時，上述定量收容部18連接于配管8a。加熱爐9a通過配管14a連通到型腔1a。在金屬模1連接用于對型腔1a內(nèi)進行減壓的減壓泵19。
在這樣的構(gòu)成中，首先，使加熱爐9a升溫到鎂粉升華的溫度以上的爐內(nèi)溫度后，從氬氣瓶7a通過配管8a和加熱爐9a將氬氣注入到金屬模1的型腔1a，由上述氬氣清洗該型腔1a內(nèi)的空氣。
然后，從氬氣瓶7a通過配管10a將氬氣供給到槽16內(nèi)，將鎂粉送入到定量收容部18。另外，將預定量的鎂粉從配管8a導入至加熱爐9a內(nèi)。送入到加熱爐9a的鎂粉升華，成為鎂氣，氬氣作為載體將上述鎂氣注入到型腔1a內(nèi)。
此時，減壓泵19受到驅(qū)動，所以，型腔1a內(nèi)的氣體與鎂氣和氬氣置換，在上述型腔1a內(nèi)擴散上述鎂氣。因此，從氮氣瓶6a通過配管5將氮氣導入至型腔1a，鎂氣與上述氮氣反應，生成氮化鎂(Mg3N2)，該氮化鎂作為粉體析出于上述型腔1a的內(nèi)壁面。
然后，澆注槽2a內(nèi)的鋁液3a從孔部4a澆注到型腔1a內(nèi)。氮化鎂為還原性物質(zhì)，鋁液3a在型腔1a內(nèi)與該氮化鎂接觸，從而從鋁液3a的表面的氧化膜除去氧。這樣，鋁液3a的表面被還原成純鋁。
然而，由于具有加熱爐9a，所以，裝置整體相當大。而且，難以控制型腔1a內(nèi)的鎂氣與氮氣的反應，例如氮化鎂的發(fā)生量不充分。
發(fā)明的公開本發(fā)明的一般目的在于提供可有效地將裝置整體小型化并確實地生成所期望的金屬微粒子的微粒子發(fā)生裝置。
另外，本發(fā)明的主要目的在于提供可有效地將裝置整體小型化并確實地將所期望的氮化鎂生成為微粒子的微粒子發(fā)生裝置。
另外，本發(fā)明的主要目的在于提供可有效地將裝置整體小型化并可高效地實施所期望的鑄造作業(yè)而且金屬模更換容易的鑄造裝置。
另外，本發(fā)明的主要目的在于提供可由簡單的工序有效地使型腔成為低氧狀態(tài)并可高效地實施良好的鑄造作業(yè)的鑄造方法。
在本發(fā)明中，通過多孔質(zhì)體在金屬保持部收容長尺寸形狀(例如線狀或帶狀)的金屬，在上述金屬保持部設(shè)置透過上述多孔質(zhì)體將氣體供給到上述金屬的筒狀部。因此，控制通過氣體流量控制部供給到筒狀部的氣體的流量，同時，在設(shè)于上述筒狀部的氣體加熱控制部的作用下，將上述氣體在按加熱到預定的溫度的狀態(tài)下供給到金屬。
這樣，保持于金屬保持部的金屬由控制到預定量和預定溫度的氣體加熱，所以，可確實地發(fā)生所期望的金屬微粒子。而且，不需要較大型的加熱爐，裝置整體有效地小型化并簡單化，同時，容易進行反應的控制。
在這里，例如作為金屬使用鎂、作為氣體使用氮氣(反應性氣體)時，通過反應生成Mg3N2微粒子。該Mg3N2微粒子優(yōu)先與型腔內(nèi)的氧結(jié)合，例如，可有效地抑制用于鋁鑄造的鋁液的氧化。為此，可維持鋁液的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
另一方面，例如作為金屬使用鎂、作為氣體使用Ar氣體(惰性氣體)時，由反應生成Mg微粒子。該Mg微粒子例如為比鋁更易于氧化的物質(zhì)，可有效地阻止用于鋁液的氧化。為此，當使用鋁液時，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
另外，在本發(fā)明中，通過多孔質(zhì)體在金屬保持部收容粉末狀或長尺寸形狀的鎂，在上述金屬保持部設(shè)置透過上述多孔質(zhì)體將惰性氣體供給到上述鎂的筒狀部。因此，可控制通過氣體流量控制部供給到筒狀部的惰性氣體的流量，同時，在設(shè)于上述筒狀部的氣體加熱控制部的作用下，上述惰性氣體在加熱到預定的溫度的狀態(tài)下供給到鎂。
這樣，保持于金屬保持部的鎂由控制為預定量和預定溫度的惰性氣體加熱，所以，可確實地發(fā)生所期望的鎂氣體和/或鎂微粒子。
鎂氣體和/或鎂微粒子供給到安裝了金屬保持部的反應單元，同時，將加熱到預定溫度的氮氣供給到上述反應單元。為此，在反應單元中，鎂氣體和/或鎂微粒子與氮氣反應，生成氮化鎂(Mg3N2)。
因此，不需要較大型的加熱爐，裝置整體有效地小型化和簡單化，同時，可容易地進行反應的控制。而且，在反應單元中由反應確實地生成Mg3N2微粒子，為此，該Mg3N2微粒子供給到金屬模內(nèi)的型腔，與上述型腔內(nèi)的氮結(jié)合。這樣，例如可有效地抑制用于鋁鑄造的鋁液的氧化。為此，可維持鋁液的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
另外，本發(fā)明在將熔融金屬供給到型腔獲得鑄件的金屬模中對應于不同的供給部位直接連接微粒子發(fā)生機構(gòu)和反應性氣體供給機構(gòu)；該微粒子發(fā)生機構(gòu)在生成金屬微粒子后立即將上述金屬微粒子直接導入至上述型腔；該反應性氣體供給機構(gòu)將反應性氣體供給上述型腔，該反應性氣體用于與上述金屬微粒子反應，生成相對氧比上述熔融金屬更具有活性的活性物質(zhì)(以下也稱為易氧化物質(zhì))。
為此，首先，在型腔從微粒子發(fā)生機構(gòu)導入剛生成的金屬微粒子，同時，從反應性氣體供給機構(gòu)供給反應性氣體，上述金屬微粒子與上述反應性氣體反應，生成活性物質(zhì)。接著，當將熔融金屬澆注到型腔時，活性物質(zhì)優(yōu)先與上述型腔內(nèi)的氧結(jié)合，可有效地抑制熔融金屬表面的氧化。因此，可維持熔融金屬的流動性等，順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
另外，在將熔融金屬供給到型腔獲得鑄件的金屬模直接連接反應單元，同時，在上述反應單元連接生成金屬微粒子的微粒子發(fā)生機構(gòu)和供給反應性氣體的反應性氣體供給機構(gòu)，該反應性氣體與上述金屬微粒子反應，生成相對氧比上述熔融金屬更具有活性的活性物質(zhì)。
因此，首先，在反應單元從微粒子發(fā)生機構(gòu)導入剛生成的金屬微粒子，同時，從反應性氣體供給機構(gòu)供給反應性氣體，上述金屬微粒子與上述反應性氣體反應，生成活性物質(zhì)。接著，從反應單元將活性物質(zhì)供給到型腔，另一方面，將熔融金屬澆注到上述型腔。為此，活性物質(zhì)優(yōu)先與型腔內(nèi)的氧結(jié)合，有效地抑制熔融金屬表面的氧化，可維持熔融金屬的流動性等，順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
另外，在本發(fā)明中，將加熱后的氣體供給到相對氧比熔融金屬更具有活性的金屬，從而生成包含金屬氣體和/或金屬微粒子的供給物，然后，將該供給物供給到金屬模內(nèi)的型腔。為此，在型腔中，供給物自身氧化，成為低氧狀態(tài)，同時，金屬微粒子和/或氧化金屬微粒子在上述型腔中浮游和/或附著于上述型腔的內(nèi)壁面。接著，將熔融金屬澆注到型腔。
這樣，在型腔中，供給物與氧結(jié)合，實現(xiàn)低氧狀態(tài)，同時，不需要用于維持氣密性的密封。另外，當在型腔澆注熔融金屬時，即使氧流入到上述型腔中，浮游的金屬微粒子也與該氧結(jié)合，可有效地阻止上述金屬被氧化。這樣，可維持熔融金屬的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
而且，由于金屬微粒子和/或氧化金屬微粒子以多孔狀附著于型腔的內(nèi)壁面，所以，可獲得作為絕熱劑的效果。
附圖的簡單說明圖1為包含本發(fā)明第1實施形式的微粒子發(fā)生裝置的鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖2為上述微粒子發(fā)生裝置的要部分解透視說明圖。
圖3為裝填了長尺寸形狀鎂的狀態(tài)的上述鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖4為包含本發(fā)明第2實施形式的微粒子發(fā)生裝置的鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖5為包含本發(fā)明第3實施形式的微粒子發(fā)生裝置的鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖6為裝填了長尺寸形狀鎂的狀態(tài)的上述鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖7為包含本發(fā)明第4實施形式的微粒子發(fā)生裝置的鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖8為裝填了長尺寸形狀鎂的狀態(tài)的上述鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖9為包含本發(fā)明第5實施形式的微粒子發(fā)生裝置的鑄造裝置的要部示意構(gòu)成說明圖。
圖10為已有技術(shù)的鑄造裝置的示意構(gòu)成說明圖。
圖11為已有技術(shù)的微粒子發(fā)生裝置的示意構(gòu)成說明圖。
實施發(fā)明的最佳形式圖1為包含本發(fā)明第1實施形式的微粒子發(fā)生裝置20的鑄造裝置21的要部示意構(gòu)成說明圖。
微粒子發(fā)生裝置20具有金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22和高溫氣體發(fā)生機構(gòu)(反應性氣體供給機構(gòu))24。金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22具有金屬保持部30、筒狀部32、氬氣流量控制部34、氬氣加熱控制部36；該金屬保持部30例如通過SUS材料(不銹鋼)制的過濾器(多孔質(zhì)體)28a、28b收容粉末狀的金屬，例如鎂26；該筒狀部32設(shè)于上述金屬保持部30，透過上述過濾器28a將惰性氣體，例如氬氣供給到鎂26；該氬氣流量控制部34控制供給到上述筒狀部32的上述氬氣的流量；該氬氣加熱控制部36設(shè)于上述筒狀部32，將供給到上述鎂26的上述氬氣加熱到預定的溫度。
金屬保持部30可相對鑄造成形用金屬模38裝拆，同時，與上述金屬模38內(nèi)的型腔40連通。金屬保持部30構(gòu)成為貫通的大體箱狀，在金屬模38的孔部40a側(cè)根據(jù)需要安裝熔融金屬倒流防止機構(gòu)42。
如圖1和圖2所示那樣，熔融金屬倒流防止機構(gòu)42具有固定于金屬模38的支板43和可相對上述支板43滑動的滑鍵44。在支板43與孔部40a同軸地形成孔部43a，同時，在滑鍵44形成可自由開閉上述孔部40a和上述孔部43a的孔部44a。當金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22配置到?jīng)]有發(fā)生熔融金屬的倒流的危險的部位時，也可不采用熔融金屬倒流防止機構(gòu)42。
在金屬保持部30內(nèi)例如可更換地收容濾筒46。如圖4所示那樣，濾筒46具有大體圓筒狀的盒48，在該盒48內(nèi)，入座到一端部側(cè)的底部48a地插入過濾器28a。
在盒48內(nèi)，將粉末狀的鎂26封入到過濾器28a與過濾器28b之間。使鎂26不脫離地設(shè)置過濾器28a、28b的開口直徑。在盒48的另一端部側(cè)的內(nèi)周形成螺釘槽50，在該螺釘槽50螺旋接合止動螺釘51。
在金屬保持部30為了裝拆濾筒46設(shè)置可自由開閉的蓋體30a。該蓋體30a例如可相對金屬保持部30通過圖中未示出的鉸鏈可自由擺動地構(gòu)成，也可相對上述金屬保持部30滑動地構(gòu)成。
在金屬保持部30安裝筒狀部32的一端。在該筒狀部32內(nèi)配置發(fā)熱體例如電熱絲54，該電熱絲54在上述筒狀部32的外部通過電流/電壓控制器56連接于電源58，構(gòu)成氬氣加熱控制部36(參照圖1)。
在筒狀部32的端部連接管路60，在該管路60連接構(gòu)成氬氣流量控制部34的氬氣瓶62。氬氣瓶62通過開閉閥64和流量控制閥65可自由連通到筒狀部32。
高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24大體與金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22同樣地構(gòu)成，具有可自由裝拆于金屬模38的筒狀部66、氮氣流量控制部68、及氮氣加熱控制部70。在筒狀部66將熔融金屬倒流防止機構(gòu)42設(shè)于金屬模38的孔部40b側(cè)。氮氣加熱控制部70具有配置于筒狀部66內(nèi)的電熱絲74、電流/電壓控制器76、及電源78。氮氣流量控制部68具有連通到筒狀部66的另一端部的管路80。該管路80通過開閉閥84和流量控制閥86連接到氮氣瓶82。
關(guān)于這樣構(gòu)成的鑄造裝置21的動作，與微粒子發(fā)生裝置20相關(guān)聯(lián)地進行以下說明。
首先，在金屬保持部30保持濾筒46，收容粉末狀的鎂26。具體地說，在金屬保持部30的外部，構(gòu)成濾筒46的盒48將底部48a配置于下方，入座于該底部48a地插入過濾器28a。然后，將粉末狀的鎂26適當?shù)赝度氲竭^濾器28a上后，插入過濾器28b。然后，將止動螺釘51螺旋接合于盒48的螺釘槽50，在濾筒46內(nèi)封入鎂26(參照圖2)。
在金屬保持部30，蓋體30a可朝開放方向擺動或滑動，在該金屬保持部30內(nèi)插入濾筒46后，該蓋體30a朝閉塞方向擺動或滑動。這樣，在金屬保持部30內(nèi)裝填濾筒46。
因此，在通過構(gòu)成熔融金屬倒流防止機構(gòu)42的滑鍵44的孔部44a開放支板43的孔部43a和孔部40a的狀態(tài)下，在氬氣流量控制部34之前驅(qū)動氬氣加熱控制部36(參照圖1)。在該氬氣加熱控制部36，由控制器56進行電流/電壓的控制，電熱絲54發(fā)熱，筒狀部32的內(nèi)部受到加熱。筒狀部32內(nèi)達到預定的溫度時，驅(qū)動氬氣流量控制部34。
在該氬氣流量控制部34，從氬氣瓶62導出的氬氣由流量控制閥65控制流量，從管路60導入筒狀部32。氬氣在通過筒狀部32時通過電熱絲54加熱到預定的溫度，該受到加熱的氬氣透過構(gòu)成金屬保持部30的過濾器28b噴吹到鎂26。
為此，鎂26蒸發(fā)，鎂氣發(fā)生，該鎂氣沿氬氣流供給到金屬模38的型腔40內(nèi)。此時，將高溫的氮氣通過高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24供給到型腔40。
在該高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24，與金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22大體同樣地先驅(qū)動氮氣加熱控制部70，將筒狀部66內(nèi)加熱到預定的溫度后，驅(qū)動氮氣流量控制部68。因此，從氮氣瓶82供給到筒狀部66的預定量的氮氣被加熱到預定的溫度后從上述筒狀部66供給到型腔40內(nèi)。
這樣，在型腔40內(nèi)，鎂氣的一部分凝聚，變化成鎂微粒子，同時，未凝聚的鎂氣與高溫的氮氣反應()，生成氮化鎂(Mg3N2)的微粒子。另外，即使鎂微粒子與高溫氮氣反應，也可生成Mg3N2微粒子。
然后，構(gòu)成各熔融金屬倒流防止機構(gòu)42的滑鍵44滑動，孔部44a移動，閉塞支板43的孔部43a與孔部40a、40b。在該狀態(tài)下，在金屬模38的型腔40內(nèi)例如澆注鋁液(圖中未示出)。此時，在型腔40內(nèi)存在Mg3N2微粒子和鎂微粒子，該Mg3N2微粒子優(yōu)先與型腔40內(nèi)的氧結(jié)合，有效地抑制鋁液(熔融的鋁)的氧化。為此，可維持鋁液的流動性，可進行良好的鑄造作業(yè)。
另一方面，鎂微粒子為比鋁易于氧化的物質(zhì)(活性物質(zhì))。因此，鎂微粒子與型腔40內(nèi)的氧結(jié)合，可有效地阻止鋁液的氧化。
在該場合，在第1實施形式中，構(gòu)成金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22的金屬保持部30直接安裝于金屬模38，同時，通過濾筒46將粉末狀的鎂26收容于該金屬保持部30內(nèi)。然后，在通過氬氣加熱控制部36維持于預定溫度的筒狀部32內(nèi)通過氬氣流量控制部34導入預定量的氬氣。
這樣，保持于金屬保持部30的鎂26由控制為預定量和預定溫度的氬氣加熱，可確實地發(fā)生所期望的鎂微粒子(和鎂氣)。而且，由金屬保持部30生成的鎂微粒子直接供給到金屬模38內(nèi)的型腔40。
因此，不需要過去的那樣的較大型的加熱爐和長尺寸形狀的金屬微粒子用的配管，鑄造裝置21整體有效地被小型化和簡單化，同時，鎂微粒子(和鎂氣)的反應控制容易而且在低熱量下經(jīng)濟地進行。
另外，通過高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24將控制為預定量和預定溫度的作為反應性氣體的氮氣供給到型腔40內(nèi)。為此，在型腔40內(nèi)鎂氣和氮氣可良好地反應，良好地生成Mg3N2微粒子。
另外，金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22和高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24可相對金屬模38裝拆。這樣，可有效地削減金屬模更換時的更換工序，作業(yè)效率化，鑄造裝置21除了上述金屬模38外，還可容易地適用于各種金屬模，通用性優(yōu)良。
在第1實施形式中，用濾筒46保持粉末狀的鎂26，相對金屬保持部30內(nèi)可裝拆地構(gòu)成，但不限于此。例如，也可直接將鎂26充填到金屬保持部30內(nèi)，或者如圖3所示那樣用濾筒46保持線狀或帶狀等長尺寸形狀的鎂26a，配置到上述金屬保持部30內(nèi)。
圖4為包含本發(fā)明第2實施形式的微粒子發(fā)生裝置100的鑄造裝置101的要部示意構(gòu)成說明圖。與第1實施形式的鑄造裝置21相同的構(gòu)成要素采用相同的參照符號，省略其詳細說明。另外，即使在以下說明的第3～第5實施形式中也兩樣。
鑄造裝置101具有金屬模38和可自由裝拆地直接連接于上述金屬模38的微粒子發(fā)生裝置(活性物質(zhì)發(fā)生機構(gòu))100。微粒子發(fā)生裝置100具有金屬保持部30、安裝于上述金屬保持部30的筒狀部32、向上述筒狀部32供給預定量的氮氣的氮氣流量控制部68、及設(shè)于上述筒狀部32用于將上述氮氣加熱到預定溫度的氮氣加熱控制部70。
在這樣構(gòu)成的鑄造裝置101中，在金屬保持部30收容粉末狀的鎂26(或長尺寸形狀的鎂)，首先，驅(qū)動氮氣加熱控制部70，然后，驅(qū)動氮氣流量控制部68。為此，將筒狀部32加熱到預定的溫度，將從氮氣瓶82供給到筒狀部32內(nèi)的預定量的氮氣加熱到所期望的溫度。
因此，收容于金屬保持部30的鎂26，因透過過濾器28a供給預定量和所期望溫度的氮氣而蒸發(fā)。然后，至少一部分的鎂氣與高溫氮氣反應()，生成氮化鎂(Mg3N2)的微粒子，同時，殘余的鎂氣基本由凝聚變換成鎂微粒子。另外，鎂微粒子與高溫的氮氣反應，也生成Mg3N2微粒子。
這樣，在金屬模38的型腔40內(nèi)導入包含Mg3N2微粒子和鎂微粒子的供給物110，優(yōu)先與上述型腔40內(nèi)的氧結(jié)合，可有效地抑制鋁液的氧化。為此，可維持鋁液的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
如上述那樣，在第2實施形式中，裝置整體容易小型化而且簡單化，同時，可容易進行反應的控制，生成所期望的Mg3N2微粒子等，具有與第1實施形式同樣的效果。
圖5為包含本發(fā)明第3實施形式的微粒子發(fā)生裝置120的鑄造裝置122的要部示意構(gòu)成說明圖。
鑄造裝置122具有金屬模38和可自由裝拆地直接連接于上述金屬模38的微粒子發(fā)生裝置(活性物質(zhì)發(fā)生機構(gòu))120。微粒子發(fā)生裝置120具有金屬保持部30、安裝于上述金屬保持部30的筒狀部32、向上述筒狀部32供給預定量的氬氣的氬氣流量控制部34、及設(shè)于上述筒狀部32用于將上述氬氣加熱到預定溫度的氬氣加熱控制部36。
收容于金屬保持部30的金屬，使用對于氧比熔融金屬更具有活性的金屬，作為上述熔融金屬，例如使用鋁液時，作為上述金屬，例如采用鎂26。
在這樣構(gòu)成的鑄造裝置122中，在通過氬氣加熱控制部36已對筒狀部32內(nèi)加熱的狀態(tài)下，通過氬氣流量控制部34將預定量的氬氣供給到該筒狀部32。
在該氬氣流量控制部34，從氬氣瓶62導出的氬氣由流量控制閥65控制流量，從管路60導入至筒狀部32。氬氣在通過筒狀部32時通過電熱絲54加熱到預定的溫度，該被加熱后的氬氣透過構(gòu)成金屬保持部30的過濾器28a噴吹到鎂26。
為此，鎂26蒸發(fā)，發(fā)生鎂氣，該鎂氣沿氬氣流供給到金屬模38的型腔40。在型腔40存在包含鎂氣和該鎂氣的一部分凝聚生成的鎂微粒子的供給物112。
因此，在型腔40中，供給物112自身氧化，成為低氧狀態(tài)，同時，鎂微粒子和氧化鎂微粒子在上述型腔40浮游，或附著于上述型腔40的內(nèi)壁面。
然后，構(gòu)成各熔融金屬倒流防止機構(gòu)42的滑鍵44滑動，孔部44a移動，支板43的孔部43a和孔部40a閉塞時。在該狀態(tài)下，在金屬模38的型腔40內(nèi)例如澆注鋁液(圖中未示出)。此時，在型腔40內(nèi)存在鎂微粒子(和鎂氣)，該鎂微粒子為比鋁易于氧化的物質(zhì)。因此，鎂微粒子確實地與型腔40內(nèi)的氧結(jié)合，可有效地阻止鋁液的氧化。
在該場合，在第3實施形式中的型腔40中，包含鎂氣和/或鎂微粒子的供給物112與氧結(jié)合，所以，上述型腔40的低氧狀態(tài)容易實現(xiàn)。而且，不需要維持型腔40的氣密性的密封構(gòu)件，鑄造裝置122的整體簡單化。
另外，當將鋁液澆注到型腔40時，即使氧流入到上述型腔40中，浮游的金屬氣和/或鎂微粒子也易于與該氧結(jié)合。這樣，可有效地阻止鋁液氧化，可維持熔融金屬的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
此外，由于在型腔40的內(nèi)壁面以多孔狀附著鎂微粒子和/或氧化鎂微粒子，所以，可獲得作為絕熱劑的效果。因此，不需要設(shè)置絕熱材料，不需要涂覆作業(yè)，作業(yè)簡化。
在第3實施形式中，用濾筒46保持粉末狀的鎂26，相對金屬保持部30內(nèi)可裝拆地構(gòu)成，但不限于此。例如，也可如圖6所示那樣用濾筒46保持線狀和帶狀等長尺寸形狀鎂26a，配置到上述金屬保持部30內(nèi)。
圖7為包含本發(fā)明第4實施形式的微粒子發(fā)生裝置140的鑄造裝置141的要部示意構(gòu)成說明圖。
鑄造裝置141具有金屬模142，同時，在該金屬模142直接連接反應單元144。在反應單元144安裝構(gòu)成微粒子發(fā)生裝置140的金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22和高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24。
反應單元144設(shè)置有安裝構(gòu)成金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22的金屬保持部30的孔部146a和安裝構(gòu)成高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24的筒狀部66的孔部146b?？撞?46a、146b相互較接近地設(shè)置，反應單元144具有在反應室148內(nèi)使鎂氣和/或鎂微粒子與氮氣反應產(chǎn)生Mg3N2微粒子的功能。
該反應單元144可通過熔融金屬倒流防止機構(gòu)42安裝于金屬模142的氮化鎂微粒子150側(cè)，同時，可自由連通到上述金屬模142內(nèi)的型腔152。也可在反應單元144一體構(gòu)成金屬保持部30。
下面概略地說明這樣構(gòu)成的鑄造裝置141的動作。
在金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22，通過氬氣加熱控制部36對筒狀部32內(nèi)進行了加熱的狀態(tài)下，通過氬氣流量控制部34向該筒狀部32供給預定量的氬氣。為此，收容于金屬保持部30的鎂26反應，發(fā)生鎂氣，該鎂氣變化成鎂微粒子，供給到反應單元144的反應室148內(nèi)。
另一方面，在高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24中，與金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22大體相同地先驅(qū)動氮氣加熱控制部70，將筒狀部66內(nèi)加熱到預定的溫度后，驅(qū)動氮氣流量控制部68。因此，從氮氣瓶82供給到筒狀部66的預定量的氮氣在加熱到所期望的溫度后供給到反應室148。
這樣，在反應室148中，鎂氣的一部分凝聚，變化成鎂微粒子，同時，該鎂微粒子和/或未反應的鎂氣與高溫的氮氣反應()，生成Mg3N2。在反應室148生成的Mg3N2微粒子通過熔融金屬倒流防止機構(gòu)42直接導入至安裝有反應單元144的金屬模142的型腔152內(nèi)。
然后，關(guān)閉熔融金屬倒流防止機構(gòu)42后，例如將鋁液(圖中未示出)澆注到金屬模142的型腔152。此時，在型腔152內(nèi)存在Mg3N2微粒子，該Mg3N2微粒子與上述型腔152內(nèi)的氧優(yōu)先結(jié)合，有效地抑制鋁液的氧化。為此，可維持鋁液的流動性等，可進行良好的鑄造作業(yè)。
在該場合，第4實施形式的構(gòu)成金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22的金屬保持部30直接安裝于反應單元144，同時，在該金屬保持部30內(nèi)通過濾筒46收容粉末狀的鎂26。然后，在通過氬氣加熱控制部36維持預定溫度的筒狀部32內(nèi)通過氬氣流量控制部34導入預定量的氬氣。
這樣，保持于金屬保持部30的鎂26由控制為預定量和預定溫度的氬氣加熱，可確實地發(fā)生所期望的鎂微粒子(和鎂氣)。因此，不需要過去的那樣的較大型的加熱爐，微粒子發(fā)生裝置140整體有效地被小型化和簡單化，同時，鎂微粒子(和鎂氣)的反應控制容易實施。
而且，在反應單元144安裝高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24，將控制為預定量和預定溫度的作為反應性氣體的氮氣供給到該反應單元144的反應室148內(nèi)。為此，在反應室148內(nèi)鎂氣和/或鎂微粒子與氮氣良好地反應，可確實地生成所期望的Mg3N2微粒子150。
另外，在反應單元144中由反應生成的Mg3N2微粒子150供給到金屬模142的型腔152，與上述型腔152內(nèi)的氧結(jié)合。這樣，可有效地抑制澆注到型腔152的鋁液的氧化，可維持上述鋁液的流動性等，可進行良好的鑄造作業(yè)。
另外，反應單元144可相對金屬模142裝拆。這樣，微粒子發(fā)生裝置140除了上述金屬模142外，還可適用于各種金屬模，通用性優(yōu)良。
在第4實施形式中，將粉末狀的鎂26保持于濾筒46，可在金屬保持部30內(nèi)裝拆地構(gòu)成，但不限于此，例如也可如圖8所示那樣用濾筒46保持線狀和帶狀等的長尺寸形狀鎂26a地配置到上述金屬保持部30內(nèi)。
圖9為包含本發(fā)明第5實施形式的微粒子發(fā)生裝置160的鑄造裝置161的要部示意構(gòu)成說明圖。與第4實施形式的鑄造裝置141相同的構(gòu)成要素采用相同的參照符號，省略其詳細說明。
鑄造裝置161具有反應單元162，在該反應單元162，金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22和高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24使相互的軸線傾斜預定角度θ°(θ°＜90°)地安裝。
在這樣構(gòu)成的鑄造裝置161中，在反應單元162的反應室164內(nèi)通過金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)22和高溫氣體發(fā)生機構(gòu)24相互傾斜預定角度θ°地導入鎂氣和/或鎂微粒子和氮氣。這樣，在反應室164內(nèi)，鎂氣和/或鎂微粒子與氮氣良好地反應，可容易而且確實地生成所期望的Mg3N2微粒子150。
在第1～第5實施形式中，使用氬氣作為惰性氣體，使用氮氣作為反應性氣體，但也可使用其它的惰性氣體和反應性氣體。
在本發(fā)明中，保持于金屬保持部的金屬由控制到預定量和預定溫度的氣體加熱，所以，可確實地產(chǎn)生所期望的金屬微粒子。而且，不需要較大型的已有的加熱爐，可有效地使裝置整體小型化和簡單化，同時，可相對各種金屬模裝拆，通用性優(yōu)良。
另外，在本發(fā)明中，保持于金屬保持部的鎂由控制為預定量和預定溫度的惰性氣體加熱，供給到反應單元，另一方面，向上述反應單元供給加熱到預定溫度的氮氣。
為此，在反應單元中，可確實地生成所期望的氮化鎂微粒子，同時，不需要較大型的已有的加熱爐，可有效地使裝置整體小型化和簡單化。而且，可相對各種金屬模裝拆，通用性優(yōu)良。
另外，在本發(fā)明中，將剛生成的金屬微粒子和反應性氣體供給到型腔，生成作為易于氧化的物質(zhì)的活性物質(zhì)。為此，活性物質(zhì)優(yōu)先與型腔內(nèi)的氧結(jié)合，可有效地抑制澆注到上述型腔的熔融金屬表面的氧化。因此，可維持鋁液的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
而且，微粒子發(fā)生機構(gòu)與金屬模直接連接，不需要金屬微粒子用的配管路，同時，不需要過去的大型的加熱爐。這樣，可容易地實現(xiàn)裝置整體的小型化和簡單化，同時，可削減反應所需要的熱量。另外，通過相對金屬模裝拆微粒子發(fā)生機構(gòu)和反應性氣體供給機構(gòu)，例如可有效地削減金屬模更換時的更換工序，可實現(xiàn)作業(yè)的效率化。
另外，在金屬模直接連接反應單元，將剛生成的金屬微粒子和反應性氣體供給到該反應單元，生成活性物質(zhì)，然后，將上述活性物質(zhì)直接導入至上述金屬模的型腔。因此，可確實地將所期望的活性物質(zhì)供給到型腔，可良好地抑制澆注到上述型腔的熔融金屬表面的氧化。
另外，生成相對氧比熔融金屬更具有活性的活性物質(zhì)后，立即將上述活性物質(zhì)直接導入至型腔。這樣，可高效地實現(xiàn)澆注到型腔的熔融金屬表面的氣體，同時，可實現(xiàn)裝置的小型化。
另外，在本發(fā)明中，通過將加熱后的氣體供給到相比氧比熔融金屬更具有活性的金屬，從而生成至少包含金屬氣或金屬微粒子的供給物，然后，將該供給物供給到金屬模內(nèi)的型腔，為此，在上述型腔中，上述供給物與氧結(jié)合，實現(xiàn)低氧狀態(tài)，并且不需要用于維持氣密性的密封。
另外，當將鋁液澆注到型腔時，即使氧流入到上述型腔中，浮游的金屬微粒子也與該氧結(jié)合，可有效地阻止上述熔融金屬氧化。這樣，可維持熔融金屬的流動性等，可順利地進行良好的鑄造作業(yè)。
此外，由于供給物附著在內(nèi)壁面，可獲得作為絕熱劑的效果，不需要涂覆作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種微粒子發(fā)生裝置，其特征在于具有金屬保持部(30)、筒狀部(32)、氣體流量控制部(34)，及氣體加熱控制部(36)；該金屬保持部(30)通過多孔質(zhì)體(28a)收容粉末狀或長尺寸形狀的金屬；該筒狀部(32)設(shè)于上述金屬保持部(30)，透過上述多孔質(zhì)體(28a)將氣體供給到上述金屬；該氣體流量控制部(34)控制供給到上述筒狀部(32)的上述氣體的流量；該氣體加熱控制部(36)設(shè)于上述筒狀部(32)，通過將供給到上述金屬的上述氣體加熱到預定的溫度而產(chǎn)生金屬微粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微粒子發(fā)生裝置，其特征在于上述金屬保持部(30)可相對鑄造成形用金屬模(38)裝拆，并且與上述鑄造成形用金屬模(38)內(nèi)的型腔(40)連通地供給上述金屬微粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微粒子發(fā)生裝置，其特征在于上述金屬保持部(30)構(gòu)成為大體箱形，封入有上述金屬的濾筒(46)可更換地收容在上述金屬保持部(30)內(nèi)。
4.一種微粒子發(fā)生裝置，其特征在于具有金屬保持部(30)、筒狀部(32)、氣體流量控制部(34)、氣體加熱控制部(36)，及反應單元(144)；該金屬保持部(30)通過多孔質(zhì)體(28a)收容粉末狀或長尺寸形狀的鎂(26)；該筒狀部(32)設(shè)于上述金屬保持部(30)，透過上述多孔質(zhì)體(28a)將惰性氣體供給到上述鎂(26)；該氣體流量控制部(34)控制供給到上述筒狀部(32)的上述惰性氣體的流量；該氣體加熱控制部(36)設(shè)于上述筒狀部(32)，將供給到上述鎂(26)的上述惰性氣體加熱到預定的溫度而至少產(chǎn)生鎂氣或鎂微粒子；該反應單元(144)安裝上述金屬保持部(30)，并通過供給加熱到預定溫度的氮氣而使至少上述鎂氣或上述鎂微粒子與上述氮氣反應，產(chǎn)生氮化鎂微粒子(150)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微粒子發(fā)生裝置，其特征在于上述反應單元(144)可相對金屬模(142)裝拆，并將上述氮化鎂微粒子(150)供給到上述金屬模(142)內(nèi)的型腔(152)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微粒子發(fā)生裝置，其特征在于在上述反應單元(144)安裝至少產(chǎn)生上述鎂氣或上述鎂微粒子的金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)，和產(chǎn)生加熱到預定溫度的氮氣的高溫氣體發(fā)生機構(gòu)(24)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微粒子發(fā)生裝置，其特征在于上述金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)和上述高溫氣體發(fā)生機構(gòu)(24)安裝于上述反應單元(144)并且相互的軸線在90度以下的角度范圍內(nèi)傾斜。
8.一種鑄造裝置，其特征在于具有金屬模(38)和微粒子發(fā)生裝置(20)；該金屬模(38)用于將熔融金屬供給到型腔(40)而獲得鑄件；該微粒子發(fā)生裝置(20)與上述金屬模(38)直接連接，在生成金屬微粒子后立即將上述金屬微粒子直接導入上述金屬模(38)；上述微粒子發(fā)生裝置(20)具有金屬保持部(30)、筒狀部(32)、氣體流量控制部(34)，及氣體加熱控制部(34)；該金屬保持部(30)通過多孔質(zhì)體(28a)收容粉末狀或長尺寸形狀的金屬；該筒狀部(32)設(shè)于上述金屬保持部(30)，透過上述多孔質(zhì)體(28a)將氣體供給到上述金屬；該氣體流量控制部(34)控制供給到上述筒狀部(32)的上述氣體的流量；該氣體加熱控制部(34)設(shè)于上述筒狀部(32)，通過將供給到上述金屬的上述氣體加熱到預定的溫度而產(chǎn)生金屬微粒子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑄造裝置，其特征在于在上述金屬模(38)與上述微粒子發(fā)生裝置(20)之間，設(shè)置用于阻止上述熔融金屬向上述微粒子發(fā)生裝置(20)側(cè)倒流的熔融金屬倒流防止機構(gòu)(42)。
10.一種鑄造裝置，其特征在于具有金屬模(142)和微粒子發(fā)生裝置(140)；該金屬模(142)用于將熔融金屬供給到型腔(152)而獲得鑄件；該微粒子發(fā)生裝置(140)與上述金屬模(142)直接連接，在生成金屬微粒子后立即將上述金屬微粒子直接導入上述型腔(152)；上述微粒子發(fā)生裝置(140)具有金屬保持部(30)、筒狀部(32)、氣體流量控制部(34)、氣體加熱控制部(36)，及反應單元(144)；該金屬保持部(30)通過多孔質(zhì)體(28a)收容粉末狀或長尺寸形狀的鎂(26)；該筒狀部(32)設(shè)于上述金屬保持部(30)，透過上述多孔質(zhì)體(28a)將惰性氣體供給到上述鎂(26)；該氣體流量控制部(34)控制供給到上述筒狀部(32)的上述惰性氣體的流量；該氣體加熱控制部(36)設(shè)于上述筒狀部(32)，通過將供給到上述鎂(26)的上述惰性氣體加熱到預定的溫度而至少產(chǎn)生鎂氣或鎂微粒子；該反應單元(144)安裝上述金屬保持部(30)，并通過供給加熱到預定溫度的氮氣而使至少上述鎂氣或上述鎂微粒子與上述氮氣反應，產(chǎn)生氮化鎂微粒子(150)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鑄造裝置，其特征在于在上述金屬模(142)與上述反應單元(144)之間，設(shè)置用于阻止上述熔融金屬向上述反應單元(144)側(cè)倒流的熔融金屬倒流防止機構(gòu)(42)。
12.一種鑄造裝置，其特征在于具有金屬模(38)、微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)、反應性氣體發(fā)生機構(gòu)(24)；該金屬模(38)用于將熔融金屬供給到型腔(40)而獲得鑄件；該微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)與上述金屬模(38)直接連接，在生成微粒子后立即將上述金屬微粒子直接導入上述型腔(40)；該反應性氣體發(fā)生機構(gòu)(24)在上述金屬模(38)對應于與上述微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)不同的部位直接連接，將反應性氣體供給到上述型腔(40)，該反應性氣體與上述金屬微粒子反應，生成對于氧比上述熔融金屬更具有活性的活性物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鑄造裝置，其特征在于上述熔融金屬為鋁液，上述金屬微粒子為鎂微粒子，上述反應性氣體為氮氣，上述活性物質(zhì)為氮化鎂。
14.一種鑄造裝置，其特征在于具有金屬模(142)、微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)、反應性氣體供給機構(gòu)(24)、及反應單元(144)；該金屬模(142)用于將熔融金屬供給到型腔(152)而獲得鑄件；該微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)生成金屬微粒子；該反應性氣體供給機構(gòu)(24)供給反應性氣體，該反應性氣體與上述金屬微粒子反應，生成對于氧比上述熔融金屬更具有活性的活性物質(zhì)；該反應單元(144)直接與上述金屬模(142)連接，并連接上述微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)和反應性氣體供給機構(gòu)(24)，在使上述金屬微粒子與上述反應性氣體反應生成上述活性物質(zhì)后，立即將上述活性物質(zhì)直接導入上述型腔(152)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鑄造裝置，其特征在于上述熔融金屬為鋁液，上述金屬微粒子為鎂微粒子，上述反應性氣體為氮氣，上述活性物質(zhì)為氮化鎂。
16.一種鑄造裝置，其特征在于具有金屬模(38)和活性物質(zhì)發(fā)生機構(gòu)(100)；該金屬模(38)用于將熔融金屬供給到型腔(40)而獲得鑄件；該活性物質(zhì)發(fā)生機構(gòu)(100)與上述金屬模(38)直接連接，在生成對于氧比上述熔融金屬更具有活性的活性物質(zhì)后立即將上述活性物質(zhì)直接導入上述型腔(40)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鑄造裝置，其特征在于上述熔融金屬為鋁液，上述活性物質(zhì)為氮化鎂和鎂微粒子中的至少任一種。
18.一種鑄造方法，將熔融金屬澆注到金屬模(38)內(nèi)的型腔(40)而獲得鑄件；其特征在于，具有以下工序向?qū)τ谘醣壬鲜鋈廴诮饘俑哂谢钚缘慕饘俟┙o加熱后的氣體，從而生成至少含金屬氣體或金屬微粒子的供給物(110)的工序；通過向上述型腔(40)供給上述供給物(110)而由上述供給物(110)的氧化反應使上述型腔(40)成為低氧狀態(tài)，同時，使至少上述金屬微粒子或氧化金屬微粒子在該型腔(40)中浮游、或附著于上述型腔(40)的內(nèi)壁面的工序；將上述熔融金屬澆注到上述型腔(40)的工序。
全文摘要
金屬微粒子發(fā)生機構(gòu)(22)具有金屬保持部(30)、筒狀部(32)、氬氣流量控制部(34)、及氬氣加熱控制部(36)；該金屬保持部(30)收容鎂(26)；該筒狀部(32)將氬氣供給到上述鎂(26)；該氬氣流量控制部(34)控制供給到上述筒狀部(32)的上述氬氣的流量；該氬氣加熱控制部(36)將供給到上述筒狀部(32)的氬氣加熱到預定的溫度。
文檔編號B22F9/02GK1638890SQ0380549
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者石井裕土, 砂田俊秀, 向田行宏, 坂井知典, 伊勢田泰 申請人:本田技研工業(yè)株式會社